Начало существования организации датировано 1865 годом. Изначально это был обычный кабинет геологии при университете с внушительной коллекцией экспонатов. Развитие музею дал знаменитый ученый и исследователь В.О. Ковалевский, презентовавший свою коллекцию ископаемых моллюсков, собранных в южных регионах Франции. Экспонаты музея общей численностью более шестидесяти тысяч экспонатов занимают три больших зала. В экспозицию входит масштабная диорама, демонстрирующая главные этапы развития жизни на земле. Библиотека включает более десяти тысяч книг, написанных учеными-основателями геологии и палеонтологии. Гордость музея – семь скелетов древних позвоночных, обитавших на территории современной Одесской области.